关于DCS系统学习的几点经验之谈！

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发电厂从事热控专业，难免会与DCS系统打交道，即便你不是专门负责DCS系统的，也会牵扯到基本的一些DCS内部的相关操作。因此，掌握DCS系统的学习方法，对于做好本职工作相当重要。然而，目前在国内的发电厂流行着各种各样DCS系统，有没有能够把这些系统一下子全部掌握的方法呢，答案呢当然是没有啦！不是小编跟你开玩笑，的确是没有。就好比你天资再聪慧，也不可能一下子把《九阴真经》上的武功全部学通，不过你要是提前学会了九阳神功，打通了任督二脉，那学起来就可以开挂了！今天，我要讨论的就是掌握DCS学习的方法，而不是单独的掌握某一套DCS。



小编在电力系统工作多年，接触了四五套DCS吧，如果加上自己的所学的，怎么也有六七套之多。见多了，也就识广了。不过，感觉这几年工作下来，就是第一次接触DCS的时候稍微有些吃力，第一套掌握了以后剩下的就是看自己心情去学习了。

首先插个话题，说说DCS系统的分类。目前DCS系统分为国产和进口两类，国产的包括和利时、浙大中控、上海新华、国电智深等，此外还有一些像南京科远、杭州优稳应用也算广泛；进口的DCS包括艾默生、福克斯波罗、霍尼韦尔等，此外像西门子、日立也在国内有不错的市场。无论是国产还是进口系统，基本原理大都一致。甚至很多国产系统也有借鉴国外系统，国外系统在进入中国市场的时候，组态也都进行了部分汉化，用起来的感觉还是差不多的。

如果再细分一下的话，就逻辑组态的工具而言，主要分为两大类，一类是SAMA图组态，一类是德国3S公司的codesys组态。SAMA图的组态大体一致，不过使用codesys进行的组态的，在各个产品上有不同的体现，表面有区别，实质是一样。而就各个DCS系统组态使用的语言，无论是哪种组态工具，基本都会使用基于IEEE协议的标准算法库，add（加法）、sub（减法）、and（与）、or（或）等这些最基本的算法都是一致的。因此，掌握一套DCS系统的软件组态，首先就是要认识DCS系统的语言。而组态的语言，包括组态使用的文字（算法）以及组态的语法，根据这些分类，基本包含了顺序功能图（SFC）、结构化文本（ST）、连续功能图（CFC）、梯形图（LD）、中间语言（IL）、功能块图（FBD）。无论是SAMA图组态还是使用代码组态，语言形式的变大基本离不开这四种形式，他们也是PLC组态的一种通用语言。好了，说了这么多，总结起来无非就两句话，DCS组态用了两种工具，使用了四种语言。至于里面详细的赘述，其实不需要知道的太多，如果有兴趣可以加小编微信695573988进行详细探讨。



关于组态语言这一块，咱们可以多说几句，艾默生、国电智深、ABB等系统基本使用的是SAMA图编程，和利时、中控的以及相当一批PLC使用的更倾向于德国的编程技术。在学习这些编程语言的时候，没必要每套系统都进行涉猎，只要专注每种类型的一两套即可，融会贯通才是最重要的。

介绍完了DCS的语言，我们再说一下DCS的主要功能。如果再语言上有区别的话，那DCS在功能上则是没有任何的不同。这里说介绍的功能，并不是DCS表面上的，而是说的基于热控专业的相关功能。表面的功能无非就是画面显示、逻辑运算、报表打印等，而专业的功能我们可以分为两大部分，第一是组态系统功能，其次是操作系统功能。什么是组态系统功能，就是说我们在DCS系统进行组态时会用到的功能，包括编译数据库、逻辑，逻辑下装、图形下装等；所谓操作系统功能是指我们在正常运行期间会用到的功能，比如点强制、PID参数修改、调门整定等。如果把上述功能混为一谈，我们需要掌握的DCS的最基本的功能包括：查看点信息、点强制、逻辑离在线算法、逻辑修改及下装方法、图形修改及下装方法、曲线查询、PID参数调整、调门整定流程、报表打印。主要掌握了上述功能，基本的DCS操作和简单的组态时没有问题的。而像一些较为深入的功能，比如数据库组态，正常运行期间使用较少，可以作为了解。当然，如果你有幸参与的是一个全新的工程，DCS系统需要从0开始，那你就需要做更多的研究了。针对我们说的日常需掌握的功能，我们逐一做介绍。



第一，查看点信息。这是最基本的一个操作，这个操作的目的是让你知道一个实点所在的硬件的具体位置，以方便查线。一个点信息主要包括IO站号、模块地址号、通道号，搞清了这些就知道了一个点的物理地址。点信息中的其他参数包括量程、报警值、点类型等，也是最常用到的内容。

第二，点强制。对一个点进行强制，以满足试验或者检修的需要，是DCS系统常用的功能。点强制时有很多的注意事项，在今后的文章中我们会进一步探讨，这个功能无论是哪套DCS都很简单，但是用途极广，是热控专业必须掌握的技能。

第三，逻辑离在线算法。逻辑离线算法是指，在不登录控制站的情况下我们看到的逻辑描述，而在线算法则是读取了控制器的实时参数。换句话说，我们要看懂逻辑，看明白逻辑的运算，只有看懂了逻辑，才能明白一个控制过程是怎么实现的。

第四，逻辑修改及下装。不管是什么类型的DCS，逻辑修改后都有一个编译的过程，只是有的编译与逻辑保存混在一起，有的编译与下装混在一起，只要你的逻辑没有算法错误，都是可以下装到DCS里。我们在人机交互界面（工程师站）修改完逻辑，只有下装到DCS才能使其产生作用。

第五，图形修改及下装。这个更好理解，也就是修改后的图形同步到各个操作员站。目前我遇到了两种不同的下装方法，一种是DCS自带图形下装功能，一种是需要手动拷贝到各个操作员站相应的文件夹，当然也有两种功能兼备的。



第六，曲线查询。这个是一个常用功能，包括曲线的增减、时间设置、曲线颜色等参数设置、历史曲线查询等。

第七、PID参数调整。这是一个泛指，还包括其他参数的在线写入，不过PID的尤为重要。需要指出的是，不同的DCS系统PID参数稍有不同。比如，有的系统P就是指的比例带，有的则是比例带的倒数，还有的是在比例带上增加了一个整数倍，在整定PID参数的时候，我们需要提前弄清楚。

第八、调门整定。这个主要是牵扯到DEH的相关功能，我们需要知道调门的整定流程，这个工作非常重要。不过，需要指出的是，不管是用哪一套DCS系统进行调门的整定，都要保证调门LVDT安装合理正确。

第九，报表打印。这是DCS工程师的基本技能，不需赘言。

综上，你可以按照上述九个方面，检验一下自己是否已经掌握了一套DCS。当然，DCS作为发电厂最核心、最有技术含量的关键所在，上述功能只是DCS的入门功能，而想要达到专业级别的水平，还需要付出更多的努力。

在上一部分我们讲到了DCS系统的组态语言、DCS的专业功能，包括逻辑及画面的修改和下装等。这些功能的实现，除了软件组态以外，更重要的是需要硬件方面的支持。所谓DCS系统的硬件，其实就是说的DCS系统所有可见的实体部分，详细点说包括DCS系统电源、网络及其设备、人机交互界面、IO盘柜，更广义的分类可以将上层的管理系统也纳入DCS中。



很多第一次接触DCS的会感觉很复杂，软件方面的昨天我们已经讲过了，不知道大家有没有收获。硬件方面的，就按照我说的电源、网络、人机交换界面、IO盘柜四部分进行学习。

首先说网络。网络是DCS系统的神经部分，如果没有网络，则这个DCS系统没有办法进行集中管理，也就不能算是一套真正的DCS。PLC系统对网络的要求就稍微低一点，也算是DCS跟PLC的区别，在这儿我们不进行赘述。DCS系统最重要的性能就是稳定性，DCS系统无论四网络还是电源都是冗余配置。就网络而言，每层网络都是双网结构。这种结构不仅可以实现冗余上的设置，还会在其中任何一路出现故障时无扰切换为另一套网络，这种切换是毫秒级别的。我们把这一段翻译一下，就是说DCS系统的网络是两套（可能是三套），每套正常情况下是一用一备，两套系统间可以实现互切。主流的网络虽然冗余配置，但是真正在工作的只有一套，另一套是备用状态。这样的设计，不仅可以保证安全运行，还可以降低系统运算的负荷。

网络的节点包括交换机、人机交互界面、IO盘柜，三者通过网线、光纤等通讯网络有机连接在一起。三种节点设备每个设备都具备接受两路网络信号的功能，也就是设置有两套网卡。我们在学习这一段的时候，要弄清楚每个节点的IP设置原则，因为对于主控单元跟操作员站来讲，网卡地址的分配是不一样的，至少是分配的网段不一样。而对于交换机来讲，部分交换机需要设置IP，有的也可以使用默认设置，具体的设置方式大家可以参阅各个厂家的说明书。一般来讲，如果你服务的是一家运行电厂，这些问题是不需要考虑的，当然如果是一家基建电厂，需要你去进行全程组态的话，这些是需要考虑的。这里我们需要多说几句，由于所有盘柜和操作员站的网络都会汇集在交换机柜，部分网络在连接的时候难免会出现问题，最可怕的就是同一个节点的两个网络连到了同一个交换机上，由于是冗余配置，如果我们不进行网络切换试验，网络状态图上又没有体现的话，就会造成单网运行。曾经我在一家电厂调试，就遇到了这类问题，因此作为DCS的服务人员或是调试人员，按图施工是非常重要的。当然，作为业主应该尤其重视此类问题，毕竟这是自己家的设备。

我们把上述的内容简单总结一下，就是两句话，网络是冗余配置，网络节点的连接要正确。在机组检修过程中，网络设备的切换试验是很有必要的，曾经我遇到过备用网络休眠的问题，重启设备后恢复正常。关于网络的其他问题，我简单说一个事故，也是我的亲身体验。某电厂4*350MW机组，全厂DCS系统主辅一体化，全厂包括辅网系统的DCS参数可以实现异地的读取，这样的设计可以说是非常的人性化，方便参数的调阅。但是，遇到的一个问题是，由于网络节点较多，所以同一网段就用到了三台交换机，三台交换机之间串联起来。但是由于三台交换机不具备环网功能，当时意外将某台机组的三台交换机造成了环网，爆发网络风暴，全厂DCS出现离线故障，教训极为惨痛。后来通过网络改造，对DCS系统网络进行了优化，DCS系统也增加了网络风暴抑制的功能，这个问题才算彻底解决。每一次的进步都是建立在事故的深刻教训上，每一次的失败都是一次进步的开始。我们在选取DCS网络设备的时候，一定要认真了解其具备的功能，不能想当然的认为其具备什么功能，严谨的治学态度是很重要的。



关于网络系统，我们再补充几点。在设备的安装阶段，为了今后的检修方便，DCS系统盘柜的网线一定要保证标牌的正确和齐全，一旦其中任何一根网线出现问题，基本意味着还有一根存在问题的网线，在交换机以及各个盘柜，网线的链接一定要有顺序，不要不同的交换机连接方式各异。总而言之，对于复杂的设备，按图施工就是捷径。

现在我们把网络方面需要掌握的内容进行总结，也是两句话：弄清网络设备组成，理清网络节点地址。不管是哪一套DCS系统，都要按照这个思路去了解他的网络，至于深层次的东西，比如交换机的组态等，可以按照自己的兴趣进行学习。

网络虽然是整个DCS系统的神经，算是最重要的部分，但是由于技术较为简单，因此故障率相对来说还是很低的。只要购买的设备不存在质量问题，按图施工，一般不会因为网络出现事故。今天我们着重探讨一下DCS系统电源部分，作为整个系统的动力部分，电源是尤其重要的。

网络一般是冗余配置，DCS系统电源同样也是如此。DCS系统一般都是一路厂用电、一路UPS电源进行供电，一般UPS电源作为主电源，厂用电作为备用电源。两者在DCS系统的任何节点上都可以实现无扰切换，切换时间是毫秒级别，不会造成DCS系统的误动或者拒动。



上图：某品牌双电源切换装置

不过，尽管都是双切换，但是在DCS系统的不同节点上，切换的原理也稍有不同。一般在DCS系统电源柜，UPS和厂用电送到之后，会通过上图中的双电源切换装置进行切换；在各个DCS系统盘柜，一般是每个机笼有两套电源转换模块，其实也是一种电源切换装置。在这里，我们首先补充一下，DCS系统各个节点上使用的电源都是什么类型。一般通过主厂房送到DCS电源柜的两路电源都是220VAC，而在各个DCS系统盘柜会进行转换成24VDC用作设备的工作电源，转换成48VDC用作开关量输入信号的查询电源。当然，部分IO模块使用的是5VDC或者其他类型的电源，也都是通过一些特殊的电源模块进行转换。我还遇到过用24VDC作为查询电源的，其实个人认为它的稳定性不如48VDC的高。



上图，电源切换原理图

在各个工程师站和操作员站包括网络交换机，其工作电源一般是220VAC，不需要进行降压转换，不过为了保证这些节点的设备不会断电，一般也会采用不同的电源切换方式。有的操作员站内部存在两个电源，可以接受两路220VAC的电源输入，这样的可以把UPS和厂用电电源直接接入即可。不具备这种功能的操作员站，就需要在DCS电源柜增设切换后电源，用电源切换装置进行切换后输出一路电源，作为操作员站或者网络交换机的电源。在这里需要解释的一个问题是，UPS指的是不间断电源，我们也可以称之为保安电源。在火力发电厂中，一般小型机组使用的是UPS主机电源装置，这个装置可以接受一路220VAC的电源，通过它你变成直流电源，然后再转换成220VAC的交流电源，同时这类装置自带充电电池，在其他电源失电的情况下，电池电源可以切入转换成220VAC输出至DCS使用。通过这套装置转换后的电源品质较高，电压稳定，适用于DCS这种高精尖的设备。因此，一般火电厂都是把DCS电源作为首选电源。稍大型的机组，由于UPS装置的容载有限，DCS不单独设置UPS电源，一般是从电气接入一路品质较高的保安电源作为DCS电源的主路。



上图，DCS供电示意图   

上面说的这些可能过于复杂， 我们略微进行一下整合，也是两句话：DCS节点一般都是两路电源，每个节点的电源切换方式稍有不同。唉这些DCS系统节点中，电源回路最复杂的就是IO柜内的电源。无论是送到盘柜内部的哪一路，都要转换成盘柜内设备设计要求的电源才行。前面我们已经提到，一般IO模块的工作电源是24VDC，查询电源是48VDC，这些电源也是要求冗余配置的。不管是UPS还是厂用电在进入DCS盘柜后，都会有两套电源转换模块分别将其转换成24VDC或者48VDC，然后才会送入到模块。如果模块需要的是5VDC，机笼里还会设计5VDC的电源转换模块，甚至在以前和利时的FM系列的模块自身就具备将24VDC转换成5VDC的功能。当然，说起来各有千秋，但是殊途同归，理念虽不同，目标是一致的。

说了这么多，其实DCS系统的电源主要是了解电源柜的切换回路原理，这个问题我们会在今后的文章中单独介绍；其次要了解各类DCS节点的电源使用情况，停机检修时要对电源进行切换试验，记录切换时间，看看是否能做到无扰切换。

咱们继续探讨DCS系统硬件最后的部分---DCS系统IO模块。所谓IO模块指的是信号输入输出卡件，一般分为AI（模拟量输入）、AO（模拟量输出）、DI（开关量输入）、DO（开关量输出）四大类，当然再细分的话还包括热电阻、热电偶、频率（脉冲）以及DEH伺服模块等。不过，整体来看，逃不出这几种类型。

关于DCS模块的学习，在日常首先要从模块的种类下手，弄清楚模块的使用方式，包括接线方式、跳线设置以及每个模块通道数等。一般情况下，各个DCS厂家的模块原理大都一样，毕竟接收或者动作的设备都是一样的。区别在于接线方式，比如个别模拟量输入模块，对于4~20mA信号的输入要求不一样。听说有的厂家的模块不区分有源和无源信号，目前我遇到的DCS系统对有源和无源信号都是有区分的。再比如一些热电偶的信号，有的模块需要根据热电偶就地是否自带接地而改变模块端子的跳线方式。根据这种情况，其实我们可以总结一个规律，不管是哪种DCS系统， 我们如果对他的硬件不熟悉，可以单独查看他的说明书，看看是否有接线方式方面的特殊要求，至于为什么这么接线，大可以不必太理会，这主要是由其内部板子的线路设计造成的。有兴趣的可以对其内部板子进行研究。

关于模块跳线的设置，其实主要是由两方面原因造成的，一个是上文提到的就地变送器等设备是否自带接地，一个是某块是否需要叠加一个电阻信号。这两个原因，在各个DCS系统的硬件跳线设置是通用的。

把上面的内容总结一下，无非也是两句话：各个DCS模块的接线方式大同小异，跳线设置方式会有区别。

其实在调试和检修过程中，对月模块的要求无非就是这些，还要你弄懂了DCS模块的接线方式，基本上可以解决70%以上的问题。不过，在我们的日常工作中，难免会有一些特例，比如DEH伺服模块的组态和跳线设置，就是很多DCS系统的难点。这些不是空看看说明书就能学会的，而是需要你亲身去实践和操作，将遇到的问题按照自己的思路进行一番斗争，实践才是检验真理的唯一标准！

这一篇，没有对硬件的具体内容进行讲解，还是上文说的，不同的DCS系统硬件都是有一些小区别的，我们不能一味的生搬硬套，有句话说的很有道理，干的多了，就会了，没有什么高深莫测的东西。

关于DCS学习的一些问题我们就介绍到这里，有兴趣的可以加我微信epengcser或者关注微信公众号"奔跑的电力人”进行进一步的交流。



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